Question

研究发现，植物的Rubisco酶具有“两面性”。当CO₂浓度较高时，该酶催化C₅与CO₂反应，完成光合作用；当O₂浓度较高时，该酶却催化C₅与O₂反应，产物经一系列变化后到线粒体中会生成CO₂，这种植物在光下吸收O₂产生CO₂的现象称为光呼吸。请分析回答下列问题：

（1）Rubisco酶的存在场所为            ，其“两面性”与酶的              (特性)相矛盾。

（2）在较高CO₂浓度环境中，Rubisco酶所催化反应的产物是                。

（3）夏季中午，水稻会出现“光合午休”，此时光合作用速率明显减弱，而CO₂产生速率明显增强，其原因是             。

（4）与光呼吸相区别，研究人员常把细胞呼吸称为“暗呼吸”。从反应条件上看，光呼吸需要光，暗呼吸       ；从反应场所上看，光呼吸发生在叶绿体和线粒体中，暗呼吸发生在        中。

（5）下图表示测定某植物每1cm²叶片的重量（mg）变化情况（均考虑为有机物的重量变化）的操作流程及结果。该植物的呼吸速率可表示为              （mg／cm²·h），净光合速率可表示为               （mg／cm²·h）。（用图中字母表示）

Answer

（1）叶绿体基质 专一性

（2）C3（或三碳化合物）

（3）气孔关闭，CO2浓度较低，O2浓度较高，光呼吸增强

（4）有光无光均可以（不需要光） 细胞质基质和线粒体

（5）X X+Y

【解析】（1）光合作用的暗反应场所是叶绿体基质，根据题意，植物的Rubisco酶具有“两面性”，既能催化C5与CO2反应，又能催化C5与O2反应，与酶的专一性相矛盾。

（2）在较高CO2浓度环境中，Rubisco酶催化C5与CO2反应生成C3 ，C3在ATP和[H]作用下生成（CH2O）和C5。

（3）水稻“光合午休”时，气孔关闭，此时CO2浓度较低，O2浓度较高，根据题意可知，光呼吸增强，光合作用速率明显减弱，而CO2释放速率明显增强。

（4）根据题意可知，光呼吸与暗呼吸的不同表现在：光呼吸需要光，暗呼吸有光无光均可；光呼吸的场所为叶绿体和线粒体，暗呼吸的场所为细胞质基质和线粒体。

（5）无光处理1h，叶片不能进行光合作用，但能进行呼吸作用，叶片重量的减少量为呼吸作用消耗所致，即该植物的呼吸速率＝M－(M－X)＝X（mg／cm2·h）。有光处理1h，叶片光合作用和呼吸作用都能进行，分析图示可知：(M－X)＋实际光合速率－呼吸速率＝（M＋Y），而呼吸速率＝X（mg／cm2·h），解得实际光合速率＝（Y＋2X）（mg／cm2·h），净光合速率＝（Y＋X）（mg／cm2·h）。

【考点定位】光合作用；呼吸作用

【名师点睛】知识拓展：三种速率的表示方法

项目

表示方法

净光合速率(又称表观光合速率)

O2的释放量、CO2的吸收量、有机物的积累量

真正光合速率(又称实际光合速率)

O2的产生量、CO2的固定量、有机物的制造量

呼吸速率(黑暗中测量)

CO2的释放量、O2的吸收量、有机物的消耗量